KR20220046803A - 생화학검사, 혈액검사, 면역검사 및 유전자분석을 개별 또는 동시에 수행하는 멀티시스템 - Google Patents

생화학검사, 혈액검사, 면역검사 및 유전자분석을 개별 또는 동시에 수행하는 멀티시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생화학검사와 혈액검사 및 면역검사와 유전자분석을 개별적으로 또는 동시에 수행하도록 구성된 멀티시스템으로서, 멀티디스크(11)를 구비한 본체부(10); 상기 멀티디스크(11)에 광을 조사하는 조명부(20); 상기 멀티디스크(11)를 촬영하는 카메라부(30); 상기 본체부(10), 조명부(20), 카메라부(30)와 연동되어 제어하고, 이들로부터 전송받은 자료를 분석하고 디스플레이하는 분석유닛부(40)를 포함하여 구성되며, 상기 멀티디스크(11)는, 생화학검사부(100)를 구비한 반응챔버 플레이트(11a); 상기 반응챔버 플레이트(11a)의 상부에 체결되며, 혈액검사부(200)와 면역검사부(300)를 구비한 상부커버(11b); 및 상기 반응챔버 플레이트(11a)의 하부에 구비되어 유전자분석을 수행하는 유전자분석부(11c);를 포함하여 구성되는 것이 특징이다. 본 발명에 따른 멀티시스템을 이용함으로써, 혈청의 생화학 성분의 농도를 측정하여 생체기능을 진단하는 생화학검사, 혈액샘플을 분리하여 적혈구나 백혈구의 숫자 및 변형을 측정 검사하는 혈액검사, 및 혈청의 항원-항체반응을 측정하여 암이나 바이러스를 진단하고 검사를 수행하는 면역검사, 이들 검사를 통한 유전자분석을 개별적으로 또는 동시에 하나의 기기에서 모두 검사하는 것이 가능한 효과가 있다.

Description

생화학검사, 혈액검사, 면역검사 및 유전자분석을 개별 또는 동시에 수행하는 멀티시스템{System for single or multi conducting Biochemistry, Immunoassay, Blood test and Gene analysis}
본 발명은 멀티시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심력을 기반으로 한 디스크를 이용하여 혈액 성분에 대한 반응물질의 반응여부평가를 빠르고 용이하게 수행할 수 있고, 혈액의 혈청내의 효소반응을 이용한 생화학적 측정검사와 적혈구나 백혈구의 숫자를 모세관방법과 염색법 등을 이용하여 계수하는 혈액검사, 혈청의 항원-항체반응을 측정하여 암이나 바이러스를 진단하고 검사를 수행하는 면역검사 및 유전자분석을 하나의 플랫폼에서 개별적으로 또는 동시에 모두 측정 및 검사할 수 있도록 구성된 멀티디스크와 생화학검사, 혈액검사, 면역검사 및 유전자분석을 하나의 플랫폼에서 개별 또는 동시에 수행하는 멀티시스템에 관한 것이다.
혈액은 몸 안의 모든 장기의 세포에 산소, 영양분, 호르몬 그리고 영양물질을 공급하는 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 감염에 대한 방어기관이자 독소와 노폐물을 운반해내는 기능도 하기 때문에, 체내에서 일어나는 변화는 혈액성분에 변화를 주게 된다. 따라서 질병의 진단, 치료 및 예후를 정확하게 판정하기 위해서는 혈액의 각종 성분을 검사하여야 한다.
이와 같이 혈액을 검사하기 위해서, 채혈한 혈액의 형태학적, 생화학적, 면역혈청학적 검사 등과 함께 특수 화학 검사를 하게 된다.
여기서, 혈액의 형태학적인 검사는 전혈을 사용하여 혈색소, 헤마토크릿(혈구용적), 적혈구, 백혈구, 혈소판수, 백혈구의 세포백분율 등을 측정하는 혈구 검사 및 혈액도말 검사 (혈액을 슬라이드에 얇게 발라 염색하여 혈구의 모양, 수 등을 직접 현미경으로 관찰)를 실시하며, 출혈시간, 응고시간, 모세혈관 저항 등을 검사해서 출혈경향 혈액 질환 감염증 등의 진단과 각종 질환의 경과와 예후판정을 하게 되는데, 이때 전기화학적인 방법과 염색법 등을 이용하여 측정을 하게 된다.
또한, 생화학적인 방법이나 면역학적인 방법, 및 특수화학방법은 먼저 원심분리 등을 이용하여 혈액내의 혈구를 제거하고 상층액(혈청 또는 혈장)으로 검사를 수행한다.
일반적으로, 생화학적인 방법은 주로 각각의 지시약에 혈청(또는 혈장)을 반응시킨 다음, 이를 특정 파장의 흡광도를 측정하여 농도로 환산하는 방법을 택하는 것으로, 사용 지시약의 종류에 따라 습식과 건식으로 나뉘어진다.
습식은 대부분이 선택하는 방법으로서, 지시약이 액체형태로 되어 있어 혈장(또는 혈청)과 반응을 일으키도록 하는 것이다. 건식 방법은 보다 간편하게 측정하기 위하여 얇은 필름에 지시약을 고형화하여 코팅한 다음 이를 혈청(또는 혈장)과 반응을 일으켜서 흡광도를 측정하고 있다.
또한, 면역혈청검사는 각종 세균 및 바이러스에 대한 항원, 항체 검사를 하는 것으로 B, C형 간염, 에이즈, 매독 등을 진단하고, 또한 류머티즘 질환 진단과 함께 각종 면역 세포의 기능도 혈액에서 이들 면역 세포를 분리해내어 실시하며, 기타 알레르기의 각종 원인이 되는 물질에 대한 혈액 내의 특정 면역 글로불린을 측정하므로써 알레르기의 원인을 밝히게 된다.
대부분의 면역혈청검사의 경우에는, 항원-항체 면역반응을 이용하여 일반적으로는 검사하고자 하는 항체(항원)에 표지자를 라벨링하여 이 항체(항원)의 양을 측정하는 방법을 채택하고 있다.
이와 같은 혈액을 이용한 검사를 동시에 다량의 검체검사를 수행하기 위한 기술개발이 근래에 많이 이루어지고 있는데, DNA chip이나 lab-on-a-chip 등의 방법이 그 한 예로, 디스크 형상의 플랫폼에 미세유동 구조물을 배치하고 원심력을 이용하여 유체를 이동시키며 일련의 작업을 수행하는 디스크형 미세유동장치들을 이용하는 것이다. 이들 방법은 유리 기판에 DNA를 촘촘히 심은 다음 원심력을 이용하여 혈액과 반응시켜 유전자의 발현 여부를 알아보는 것으로, 주로 면역혈청검사와 유전자검사를 동시에 수행한다.
그리나 종래의 디스크형 미세유동장치를 이용하여 면역혈청검사를 수행하는 방법은 미세유동장치내의 미세유동구조물이 복잡하게 형성되어 단일의 플랫폼으로는 비교적 적은 개수의 분석물질을 검출할 수 있을 뿐이고, 그 검사과정이 복잡하여 검사시간이 오래 걸리는 등의 문제점이 있다.
또한, 종래의 디스크형 미세유동장치는 면역혈청검사를 위한 미세유동구조물과 생화학검사를 위한 미세유동구조물이 상이하기 때문에 디스크형 미세유동장치는 범용화될 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 혈구의 수를 계수하기 위한 형태학적 검사, 생화학적검사, 면역혈청검사와 유전자검사를 필요에 따라 개별적으로 또는 동시에 하나의 기기에서 모두 수행할 수 있는 검사기기 및 키트의 개발이 절실히 요구되고 있는 상황이다.
한국등록특허 제10-0748181호 한국등록특허 제10-1608598호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원심력을 기반으로 한 멀티디스크를 이용하여 혈액 성분에 대한 반응물질의 반응여부평가를 빠르고 용이하게 수행할 수 있고, 생화학적검사, 혈액검사, 면역검사와 유전자검사를 개별적으로 또는 동시에 하나의 플랫폼에서 모두 검사할 수 있도록 구성된 멀티시스템을 제공하는 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 멀티시스템은,
멀티디스크(11)를 구비한 본체부(10);
상기 멀티디스크(11)에 광을 조사하는 조명부(20);
상기 멀티디스크(11)를 촬영하는 카메라부(30);
상기 본체부(10), 조명부(20), 카메라부(30)와 연동되어 제어하고, 이들로부터 전송받은 자료를 분석하고 디스플레이하는 분석유닛부(40)를 포함하여 구성되며, 생화학검사와 혈액검사 및 면역검사와 유전자분석을 하나의 플랫폼에서 개별적으로 또는 동시에 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 본체부(10)는 생화학검사부, 혈액검사부와 면역검사부 및 유전자분석부를 구비한 멀티디스크(11)와, 상기 멀티디스크의 하부를 가열냉각하는 히터쿨링유닛(12), 상기 멀티디스크와 히터쿨링유닛에 회동력을 인가하는 모터(13) 및 상기 멀티디스크의 면역부의 형광 및 발광여부를 검출하는 형광디텍터(14)로 구성되며,
상기 조명부(20)는 광원(21)과 광디텍터(22)로 구성되어, 검출대상에 매칭되는 필터링된 광을 상기 멀티디스크(11)에 조사하고,
상기 카메라부(30)는 상기 본체부(10)의 멀티디스크(11)의 상부에 배치되어 상기 멀티디스크(11)의 반응 이후 흡광도를 측정하거나 이미지를 캡쳐하여 상기 분석유닛부(40)로 전송하며,
상기 분석유닛부(40)는 제어부(41), 디스플레이부(42) 및 DB부(43)로 구성되어, 상기 본체부(10)로부터 전송받은 분석대상정보와 멀티디스크의 회전속도 정보, 히터쿨링유닛의 열원의 온도 정보, 상기 조명부(20)로부터 전송받은 조사되는 광원정보를 저장 및 디스플레이하며, 상기 카메라부(30)로부터 전송받은 측정된 흡광도 및 이미지 자료를 저장 및 디스플레이하고, 저장된 기준자료와 비교한 자료를 저장 및 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 멀티디스크(11)는,
생화학검사부(100)를 구비한 반응챔버 플레이트(11a);
상기 반응챔버 플레이트(11a)의 상부에 체결되며, 혈액검사부(200)와 면역검사부(300)를 구비한 상부커버(11b); 및
상기 반응챔버 플레이트(11a)의 하부에 구비되어 유전자분석을 수행하는 유전자분석부(11c);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 생화학검사부(100)는,
혈액접수챔버(110); 혈액분리챔버(111); 버퍼액접수챔버(120); 버퍼액 계량챔버(122); 혼합챔버(150) 및 시약반응챔버(130);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 혈액검사부(200)는, 다수개의 제1 시약주입홈(230)과 다수개의 제2 시약주입홈(231)이 멀티디스크의 원중심을 기준으로 방사상 환형으로 구비되며, 상기 다수개의 제1 시약주입홈(230)과 다수개의 제2 시약주입홈(231)에는 각각 연장되어 형성된 반응플레이트(230a, 231a)가 소정 폭으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 혈액검사부(200)는, 회전하는 멀티디스크(1)의 원심력에 의해 투입된 혈액샘플을 적혈구(RBC), 백혈구(WBC)와 혈소판(Platelet), 혈장으로 분획 분리시키는 미세폭으로 형성된 캐필러리(240)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 면역검사부(300)는, 혈액샘플에서 혈청을 필터링해 분리하는 필터링챔버(310), 및 상기 필터링챔버(310)와 연통되도록 형성되며 검사하고자 하는 DNA단편 또는 항체(항원)를 구비하는 검사측정챔버(320)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 멀티디스크(11)의 테두리에는 회전센싱프리즘(171)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 유전자분석부(11c)는, 다수개의 필름형 튜브로 구성되며, 하방향에서 제공되는 열원에 의해 유전자증폭이 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 히터쿨링유닛(12)은, 적어도 4개 온도 구간을 가진 열판으로 구성되고, 회전하는 열판에 의해 상기 유전자분석부(11c)에 가해지는 온도가 제어되고 유전자증폭이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 형광디텍터(14)는, 상기 면역검사부(300)로부터 적어도 4색 파장의 형광 및 발광을 감지하고 모니터링하고 방출되거나 여기되는 파장에 대한 크로마토그램을 스캔하여 분석유닛부(40)로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 멀티시스템에서,
상기 조명부(20)의 광원(21)은 상기 멀티디스크(11)의 측면에 배치되어 파장이 400~900nm인 빛을 멀티디스크에 조사하며, 광디텍터(22)는 상기 멀티디스크(11)의 하부에 배치되어 조사된 광원의 파장을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 생화학검사와 혈액검사 및 면역검사와 유전자검사를 개별적으로 또는 동시에 수행하는 멀티시스템은, 혈청의 생화학 성분의 농도를 측정하여 생체기능을 진단하는 생화학검사, 혈액샘플을 분리하여 적혈구나 백혈구의 숫자 및 변형을 측정 검사하는 혈액검사, 및 혈청의 항원-항체반응을 측정하여 암이나 바이러스를 진단하고 검사를 수행하는 면역검사와 유전자검사를 개별적으로 또는 동시에 하나의 기기에서 모두 검사하는 것이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생화학검사와 혈액검사, 면역검사 및 유전자분석을 수행하는 멀티시스템의 전체구성도를 간략하게 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 멀티시스템의 주요 요소 배치를 간략하게 보여주는 도면.
도 3은 도 1의 멀티디스크의 결합관계를 개략적으로 나타내는 도면.
도 4는 도 3의 멀티디스크의 생화학검사를 수행하도록 구성된 반응챔버 플레이트를 나타내는 도면.
도 5는 도 3의 멀티디스크의 혈액검사와 면역검사를 수행하도록 구성된 상부커버를 나타내는 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 생화학검사를 수행하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 생화학검사와 혈액검사를 동시에 수행하는 멀티시스템의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생화학검사와 혈액검사, 면역검사 및 유전자분석을 수행하는 멀티시스템의 전체구성도를 간략하게 보여주는 도면, 도 2는 도 1의 멀티시스템의 주요 요소 배치를 간략하게 보여주는 도면, 도 3은 도 1의 멀티디스크의 결합관계를 개략적으로 나타내는 도면, 도 4는 도 3의 멀티디스크의 생화학검사를 수행하도록 구성된 반응챔버 플레이트를 나타내는 도면, 도 5는 도 3의 멀티디스크의 혈액검사와 면역검사를 수행하도록 구성된 상부커버를 나타내는 도면, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 생화학검사를 수행하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 생화학검사와 혈액검사, 면역검사 및 유전자분석을 개별적으로 또는 동시에 수행하는 멀티시스템은 멀티디스크(11)를 구비한 본체부(10), 멀티디스크(11)에 광을 조사하는 조명부(20), 멀티디스크(11)를 촬영하는 카메라부(30), 본체부(10)와 조명부(20)와 카메라부(30)와 연동되어 제어하고, 이들로부터 전송받은 자료를 분석하고 디스플레이하는 분석유닛부(40)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본체부(10)는 생화학검사부, 혈액검사부와 면역검사부 및 유전자분석부를 구비한 멀티디스크(11)와, 멀티디스크의 하부를 가열냉각하는 히터쿨링유닛(12), 멀티디스크와 히터쿨링유닛에 회동력을 인가하는 모터(13) 및 멀티디스크의 면역부의 형광 및 발광여부를 검출하는 형광디텍터(14)로 구성된다.
멀티디스크(11)는, 하부의 회전중심(C)을 중심으로 모터(13)에 의해 회전하며, 생화학검사부(100)를 구비한 반응챔버 플레이트(11a), 반응챔버 플레이트(11a)의 상부에 체결되며, 혈액검사부(200)와 면역검사부(300)를 구비한 상부커버(11b), 및 반응챔버 플레이트(11a)의 하부에 구비되어 유전자분석을 수행하는 유전자분석부(11c)를 포함하여 구성된다.
상부커버(11b)와 반응챔버 플레이트(11a)의 사이에는 분획구간 경계선 및 유로 경계선 등이 형성되고 다수개의 시약투입구가 테두리쪽에 호형상의 형태로 분포되어 형성된 소정 두께를 가진 양면 접착테이프가 구비되어 상부커버와 반응챔버의 밀착도를 높이고, 혈액이나 버퍼액의 이동하는 유동로폭을 확보하도록 하고, 투입된 혈액이나 시약등이 혼합되는 것을 방지되도록 할 수 있다.
상부커버(11b)는 소정두께를 가진 원판형 플레이트 형태로 반응챔버 플레이트(11a)의 상부에 착탈식으로 결합되는 것으로서, 혈액샘플을 분리하고 적혈구나 백혈구의 숫자 및 변형을 측정 검사하는 혈액검사부(200), 혈청의 항원-항체반응을 측정하여 암이나 바이러스를 진단하고 검사를 수행하는 면역검사부(300)가 중심선을 기준으로 양측으로 분획되어 구성된다.
또한, 상부커버(11b)에는 하방향에 구비되는 반응챔버 플레이트(11a)와 연통되는 제1 투입구(h1)와 제2 투입구(h2)가 원중심과 인접한 일정 위치에 커버를 관통하도록 구비되고, 혈액검사와 면역검사를 위한 혈액이 투입되는 제3 투입구(h3)와 제4 투입구(h4) 및 제5 투입구(h5)가 구비된다.
제1 투입구(h1)는 반응챔버 플레이트(11a)의 혈액접수챔버(110)에 혈액샘플(전혈)을 공급하도록 투입하는 구멍으로, 반응챔버 플레이트(10)와 결합될 때 혈액접수챔버(110)와 대응되는 위치에 형성되도록 한다.
또한, 제2 투입구(h2)는 반응챔버 플레이트(11a)의 버퍼액접수챔버(120)에 버퍼액을 공급하도록 투입하는 구멍으로, 반응챔버 플레이트(11a)와 결합될 때 버퍼액접수챔버(120)와 대응되는 위치에 형성되도록 한다.
상부커버와 반응챔버 플레이트는 얼라인홀(S)을 통해 위치가 고정될 수 있다.
혈액검사부(200)는, 혈액샘플을 분리하여 적혈구나 백혈구의 숫자 및 변형을 측정 검사하는 것으로, 제3 투입구(h3)와 연통되는 다수개의 제1 시약주입홈(230)과 다수개의 제2 시약주입홈(231)이 멀티디스크의 원중심을 기준으로 방사상 환형으로 구비되며, 다수개의 제1 시약주입홈(230)과 다수개의 제2 시약주입홈(231)에는 반응플레이트(230a, 231a)가 소정의 폭으로 각각 연장되어 형성되어 있다.
제3 투입구(h3)를 통해 투입된 혈액샘플을 원심력으로 다수개의 제1 시약주입홈(230)과 다수개의 제2 시약주입홈(231)에 공급하고, 각 시약에 의해 염색된 혈액은 원심력에 의해 각 시약주입홈에서 연장되어 형성된 각각의 장방형 반응플레이트(230a, 231a)로 확산된다.
반응플레이트(230a, 231a)에서 염색된 적혈구나 백혈구 등의 숫자 및 변형 정도를 측정 검사할 수 있다.
이때, 다수개의 제1 시약주입홈(230)에 주입되는 염색시약은 적혈구를 염색시키는 것이고, 다수개의 제2 시약주입홈(231)에 주입되는 염색시약은 혈액샘플에서 5가지 백혈구를 염색시키는 것으로, 염색된 캡쳐 이미지로부터 각각 적혈구 및 백혈구를 감별, 계수할 수 있다. 이때, 염색액은 미리 시약주입홈내에 구비하거나 또는 투입홀(미도시)을 통해 공급받을 수 있다.
통상 5가지 백혈구(WBC)는 림프구(Lymphocyte), 단핵구(Monocyte), 호중성 백혈구(Neutrophil), 호산성 백혈구(Eosinophil), 호염기성 백혈구(Basophil)이며, 염색은 주로 김자염색법(Giemsa stain)을 이용하여 염색한다. 물론, 염색이 김자염색법에 한정되는 것은 아니다.
김자 용액은 색소로서 AzureⅡ-Eosin azureⅡ-eosin과 AzureⅡ를 포함하며, 메탄올로 고정시킨 후에 인산완충액으로 희석한 김자 용액으로 염색하거나 메탄올 고정도 필요없는 라이트(Wright)-김자 용액으로 염색한다.
김자 용액으로 염색시, 통상 적혈구는 분홍색, 혈소판은 옅은 분홍색, 림프구 세포질은 하늘색, 단핵 백혈구 세포질은 엷은 파란색, 백혈구 핵 염색질은 자홍색을 띤다.
이와 같은 혈액검사는, 환자의 전반적인 건강 상태에 대한 정보를 얻기 위한 목적으로 진단검사에서 가장 널리 사용되는 검사로, 혈류를 따라 순환하는 백혈구, 적혈구, 혈소판 등 각각의 세포의 수가 비정상적으로 높거나 낮으면 질병이 있다는 것을 나타낸다.
비록 본 발명에서는 적혈구와 백혈구의 염색을 통한 카운트를 위해 혈액투입구와 제1 시약주입홈, 제2 시약주입홈의 위치를 도면과 같이 도시하였으나, 이에 한정되는 것이 아님은 명백하다.
또한, 혈액검사부(200)에는 제4 투입구(h4)와 연통되어 형성되되, 테두리방향으로 미세폭으로 형성된 캐필러리(240)를 구비하여, 회전하는 멀티디스크(11)의 원심력에 의해 투입된 혈액샘플을 분획 분리시킨다.
즉, 제4 투입구(h4)는 디스크 중심부분에 구비되고 테두리를 향해 가늘게 형성된 캐필러리(240)와 연통되도록 구비되어, 회전하는 멀티디스크(11)의 원심력에 의해 투입된 혈액샘플을 적혈구(RBC), 백혈구(WBC)와 혈소판(Platelet), 혈장으로 분획 분리되어 구분되도록 하는 것이다. 멀티디스크(11)를 10분간 4,000rpm으로 회전시키거나 10,000rpm으로 5분간 회전시키게 되면, 혈액샘플내의 각 성분들이 원심력에 의해 분획되어 적혈구(RBC), 백혈구(WBC)와 혈소판(Platelet), 혈장으로 구분된다.
분리된 이미지를 캡쳐하고 구간별 길이를 측정하여 용적량으로 전체 %를 산출함으로써 적혈구, 백혈구와 혈소판 등의 혈구계수를 계산할 수 있다. 통상 정상인 혈액샘플 100%를 기준으로, 적혈구는 대략 45%, 백혈구와 혈소판은 대략 1%미만, 혈장은 대략 55% 이다.
면역검사부(300)는, 혈청의 항원-항체반응을 측정하여 암이나 바이러스를 진단하고 검사를 수행하는 챔버로서, 제5 투입구(25)와 연통되어 형성되되, 혈액샘플에서 혈청을 필터링해 분리하는 필터링챔버(310), 및 필터링챔버(310)와 연통되도록 형성되며 검사하고자 하는 DNA단편 또는 항체(항원)를 구비하는 검사측정챔버(320)를 포함하여 구성된다.
제5 투입구(h5)를 통해 투입된 혈액샘플은 제5 투입구와 연통되도록 형성된 필터링챔버(310)로 이동하며, 필터링챔버(310)는 멀티디스크의 회전에 의한 원심력에 의해 혈액샘플에서 혈청을 필터링해 분리해낸다.
분리된 혈청은 필터링챔버(310)와 연통되도록 형성된 검사측정챔버(320)로 이송된다. 검사측정챔버(320)에는 바닥면에 검사하고자 하는 DNA단편 또는 항체(항원)에 표지자를 라벨링하고 스포팅하여 고정되어 있고, 이송된 혈청에서 항체(항원)의 양을 측정하는 면역검사를 수행한다.
면역검사부(300)에는 후술하는 생화학검사부(100)에 구비된 분배채널과 연통되어, 필터링된 혈액성분인 혈청이나 플라즈마세포만을 공급받는 구조를 구비할 수 있다.
반응챔버 플레이트(11a)는, 하부 중심에 회전구동부(미도시)와 결합하는 회전중심 결합부(C)가 구비되고 소정치수의 깊이를 가진 상부가 열린 원판용기형 플레이트로서, 혈청의 생화학 성분의 농도를 측정하여 생체기능을 진단하는 생화학검사부(100)를 수행하며, 상부커버(11b)의 하부에 일체형으로 또는 착탈식으로 결합될 수 있다.
이때, 반응챔버 플레이트(11a)는, 생화학검사부(100)의 각 구성요소가 회전중심(C)을 기준으로 부채꼴 형태로 분획 구성된다.
생화학검사부(100)는, 내부에 혈액샘플(전혈)이 투입되고 혈액중 혈청 성분 또는 플라즈마세포만을 필터링한 다음 이를 각 시약과 반응시켜 반응한 이후에 흡광도를 측정하여 농도 값을 산출하는 생화학검사를 하기 위한 구성으로, 혈액접수챔버(110), 혈액분리챔버(111), 버퍼액접수챔버(120), 버퍼액 계량챔버(123), 혼합챔버(150) 및 시약반응챔버(130)로 구성될 수 있다.
생화학검사는, 혈청내 화학성분과 검사시약을 반응시키면(10분 정도) 발색반응이 나타나는데, 이때 흡광도를 측정하여, Beer-Lambert법칙을 이용하여 이를 농도로 환산하여 생체기능(간기능, 심장기능, 신장기능 등)을 정상치와 비교하여 진단하는 것이다.
혈액접수챔버(110)는, 회전중심(C)과 인접한 일정 위치에 형성되되, 상부커버(11b)의 제1 혈액투입구(h1)와 대응되는 위치에 형성되어, 투입구를 통해 공급되는 혈액샘플을 접수받는다. 여기서, 혈액접수챔버(110)는 회전중심의 회전축을 중심으로 호형상의 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 혈액분리챔버(111)와는 유로를 통해 연통되도록 형성된다.
혈액분리챔버(111)는, 이송된 혈액샘플을 원심분리로 필터링하여 필요한 혈액성분을 분리하기 위한 구성으로, 챔버내부에는 필터가 구비되어 혈액에서 혈청 또는 플라즈마세포만 분리시킨다. 혈액분리챔버(111)의 입구측은 혈액접수챔버(110)와 연통되어 있고, 출구측은 분리된 혈청 또는 항체를 분비하는 플라즈마세포만 수집되는 분리수집챔버와 연결되도록 형성된다. 여기서, 분리수집챔버는 혼합챔버(150)와 플라즈마전송 사이펀밸브(140b)로 연결되어 있다.
또한, 혈액접수챔버(110)에는 에어벤트챔버(V1, V2)가 연결되어 혈액분리챔버(111)와 혈액QC챔버(112) 및 혈액과잉챔버(113)로 혈액이 용이하게 이동하도록 구비된다.
본 발명에서는 일정 이상의 압력이 걸리면 액체 이송이 가능한 사이펀밸브를 사용하며, 액체이송을 위한 소정압력을 가하기 위해 에어챔버(160)와 에어벤트챔버(V1,V2,V3,V4,V5)가 구비되나, 이에 한정되는 것이 아님은 명백하다.
혈액접수챔버(110)로 투입된 혈액샘플은 정해진 양으로 계량된 혈액만을 혈액분리챔버(111)로 보내 계량된 혈청이나 플라즈마세포만 혼합챔버(150)로 공급할 수 있도록 하고, 남은 혈액은 혈액QC챔버(112) 및 혈액과잉챔버(113)로 보내도록 구성된다.
버퍼액접수챔버(120)는 멀티디스크(11)의 중심에 형성되는 것으로, 혈액샘플의 분리된 혈청이나 플라즈마세포를 희석시키는 완충제가 투입된다. 버퍼액접수챔버(120)는 유로폭이 넓은 1차 버퍼액전송채널(120a)을 통해 외측으로 에워싸듯 형성된 버퍼액전송챔버(121)와 연결되고, 버퍼액전송챔버(121)는 상대적으로 유로폭이 작은 2차 버퍼액전송채널(121a)을 통해 버퍼액 계량챔버(122), 버퍼액검출챔버(123) 및 버퍼액과잉챔버(124)와 연결된다. 이때, 버퍼액접수챔버(120)로부터 순차적으로 버퍼액전송챔버(121)와 버퍼액 계량챔버(122)가 방사상으로 배치된다. 이는 회전구동하는 멀티디스크(1)의 원심력에 의해 버퍼액이 용이하게 이동될수록 하기 위함이다.
또한, 버퍼액검출챔버(123)와 버퍼액과잉챔버(124)는 멀티디스크(1)의 일측에 형성되며, 서로 버퍼액분배패널(121a)을 통해 연결된다. 이때, 버퍼액 분배가 용이하게 이루어지도록 에어벤트챔버(V3)가 연결된다.
버퍼액 계량챔버(122)는, 투입된 버퍼액 중에서 정해진 양으로 계량된 버퍼액만을 수납하는 챔버로, 특히 버퍼액 계량챔버(122)는 버퍼액전송 사이펀밸브(122b)를 통해 혼합챔버(150)와 연결되어, 계량된 버퍼액만 혼합챔버(150)로 공급할 수 있도록 한다. 버퍼액 계량챔버(122)로 이송되지 않고 남은 버퍼액은 버퍼액검출챔버(123)와 버퍼액과잉챔버(124)로 보내진다.
혼합챔버(150)는 호형상으로 형성된 것으로, 분리수집챔버와 플라즈마전송 사이펀밸브(140b)로 연결되어 있고, 버퍼액 계량챔버(123)와는 버퍼액전송 사이펀밸브(123b)로 연결되어 있다. 혼합챔버(150)에서는 디스크(1)의 회전구동에 따라 분리수집챔버로부터 이송된 계량된 혈청이나 플라즈마세포와 버퍼액 계량챔버(123)로부터 이송된 계량된 버퍼액이 혼합되어 시료가 희석된다.
희석된 혼합액은 용액전송 사이펀밸브(150b)를 통해 이송되어 분배채널(125a)을 통하여 버퍼액확인챔버(125)와 시약반응챔버(130) 및 플라즈마세포 과잉챔버(140)와 그 측정챔버(141)를 채운다. 이때, 혼합챔버(150)에는 에어벤트챔버(V5)를 구비하여 희석된 혼합액이 시약반응챔버(130)로 용이하게 이송되고 정량이 이송되도록 할 수 있다.
시약반응챔버(130)는 멀티디스크(11)의 테두리측에 다수개의 챔버가 호형상의 형태로 분포되어 형성되는 것으로, 다수개의 시약반응챔버(130)는 혼합챔버(150)와 분배채널(125a)로 연결되어 있고, 이때 각 시약반응챔버(130)에는 측정하고자 하는 검사항목에 맞는 건식 지시약을 분주한 후 드라이하여 고정시킬 수 있다.
시약반응챔버(130)내에 수용된 시약들은 혼합챔버(150)로부터 전송받은 희석된 혼합액과 반응한다.
이때, 혼합챔버(150)와 시약반응챔버(130)의 연결구조는 멀티디스크(11)의 회전시 혼합챔버(150)의 희석된 혼합액이 시약반응챔버(130)로 용이하게 이송되도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 멀티디스크(11)의 테두리에는 프리즘포켓(170)이 구비되고, 프리즘포켓내에는 회전센싱프리즘(171)이 구비되어, 각 반응에 따른 회전수, 회전속도 등을 계산할 수 있도록 한다.
유전자분석부(11c)는, 반응챔버 플레이트(11a)의 하부에 구비되어 유전자증폭을 수행하고 유지시키며 유전자분석을 수행하는 것으로, 대상 검체가 구비된 다수개의 필름형 튜브(f)로 구성되며, 튜브 하부에 상대적으로 회전가능하게 이격된 상태로 구비된 히터쿨링유닛(12)에 의해 가열되고 냉각된다.
여기서, 히터쿨링유닛(12)은 적어도 4개 온도 구간(순차적으로 95℃, 55℃, 72℃, 4℃)을 가진 열판으로 구성되고, 회전하는 열판에 의해 튜브(f)가 95℃, 55℃, 72℃에서 순차적으로 수회 반복해서 가열되도록 하고, 이때, 냉각온도인 4℃ 구간은 빠르게 지나가도록 하여, 증폭과정동안 냉각이 이루어지지 않도록 한다.
모든 반응이 끝나면, 4℃ 온도구간에 위치되도록 하여, 증폭된 유전자가 안정적으로 보관되도록 한다.
모터(13)는, 멀티디스크(11)의 하부중심과 연결되어 회동력을 제공하여 멀티디스크(11)를 회전시키는 것으로, 대략 50~11,000rpm의 측정대상과 검사에 따라 속도로 시간과 횟수를 제어하면서 멀티디스크를 회전시킨다.
예를들어 생화학검사의 경우, 11000rpm/CCW/120sec, 정지 30sec, 5000rpm/CW/60sec, 750rpm/CCW/10sec와 4000rpm/CW/10sec를 번갈아 15회 반복,...., 정지와 같은 순서로 모터를 제어한다.
또한, 모터(13)는 히터쿨링유닛(12)과도 연동되어, 멀티디스크(11)에 대해 히터쿨링유닛(12)이 상대적으로 회전되도록 제어될 수 있으며, 이와 같은 구성에 의하여 멀티디스크의 하부에 구비된 유전자분석부의 필름은 유전자증폭에 최적 상태로 가열온도가 제어될 수 있게 된다.
형광디텍터(14)는, 멀티디스크(11)의 하부에 구비되어, 면역검사부(300)로부터 적어도 4색 파장의 형광 및 발광 빛을 감지하고 모니터링하고 방출되거나 여기되는 파장에 대한 크로마토그램을 스캔하여 분석유닛부(40)로 전송한다.
본 발명에 따른 멀티디스크(11)는 반응챔버 플레이트(111a)와 상부커버(11b) 및 유전자분석부(11c)의 튜브(f)를 모두 투명재질로 구성하여 카메라부(30)를 통해 반응후 이미지 캡쳐나 흡광도 측정이 용이하도록 할 수 있다.
조명부(20)는 멀티디스크(11)의 측면에 배치되는 광원(21)과 멀티디스크(11)의 하부에 배치되는 광디텍터(22)로 구성되어, 검출대상에 매칭되는 필터링된 광을 멀티디스크(11)에 조사하는 것으로, 모노크리미터(monochrometer)와 같은 광필터를 통해 광원으로부터 필요한 단색광을 멀티디스크(11)에 조사되도록 할 수 있다.
여기서, 광원(21)은 파장이 400~900nm인 빛, 바람직하게는 파장이 470nm, 535nm, 640nm, 710nm인 LED를 멀티디스크에 조사하며, 광디텍터(22)는 조사된 광원의 종류 및 광원의 파장을 검출하고 적용된 파장의 크기를 확인한다.
카메라부(30)는 고해상도의 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라로서, 멀티디스크(11)의 상부에 배치되어 멀티디스크의 반응 이후 흡광도를 측정하거나 이미지를 캡쳐하여 분석유닛부(40)로 전송한다.
이때, 흡광도 측정을 위해 분광광도계와 같은 흡광도 측정유닛을 더 구비할 수 있다.
발색반응이 나타난 측정된 흡광도를 이용하여 혈청 성분의 농도 값을 산출할 수 있고, 캡쳐된 이미지 자료로부터 혈구의 함량, 백혈구 감별 및 계수 등이 가능하게 된다.
또한, 카메라부에는 광학 및/또는 형광렌즈를 더 구비하여 초미세구조를 가진 대상체 또는 형광색소와 결합한 대상체에 대한 정밀한 측정이 가능할 수도 있다.
분석유닛부(40)는 제어부(41), 디스플레이부(42) 및 DB부(43)로 구성되어, 본체부(10)로부터 전송받은 분석대상정보와 멀티디스크의 회전속도 정보, 히터쿨링유닛의 열원의 온도 정보, 조명부(20)로부터 전송받은 조사되는 광원정보를 저장 및 디스플레이하며, 카메라부(30)로부터 전송받은 측정된 흡광도 및 이미지 자료를 저장 및 디스플레이하고, 저장된 기준자료와 비교한 자료를 저장 및 디스플레이한다.
이와 같이 구성된 생화학검사와 혈액검사, 면역검사 및 유전자분석을 동시에 수행하는 멀티시스템에서, 생화학검사와 혈액검사, 생화학검사와 혈액검사 및 면역검사, 유전자분석 등이 선택적으로 또는 동시에 수행될 수 있게 된다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 멀티디스템의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.
시스템장치의 스위치를 ON하고, 시스템장치내 온도가 37℃ 되도록 조정한다.
멀티디스크(11)의 제1 투입구와 제2 투입구를 통해 혈액접수챔버(110) 및 버퍼액접수챔버(120)에 각각 혈액샘플 및 버퍼액을 투입하고 제3투입구와 제4투입구 및 제5 투입구를 통해 혈액샘플을 투입한 후, 멀티디스크(11)를 장치의 모터 샤프트와 연결시킨다.
모터를 11000rpm으로 구동시켜 300sec동안 멀티디스크(11)가 회전되도록 하고, 30sec동안 정지시킨다.
멀티디스크 상부에 배치된 카메라부(30)에서 캡쳐되어 분석유닛부(40)로 전송된 자료로부터 혈액검사부(200)의 캐필러리(240)에 투입된 혈액샘플이 적혈구(RBC), 백혈구(WBC)와 혈소판(Platelet), 혈장으로 분획 분리되었는지 여부를 확인한다.
그런 다음, 재차 모터를 아래와 같이 순차적으로 구동시킨다.
5000rpm/CW/60sec,
7500rpm/CCW/10sec와 4000rpm/CW/10sec를 번갈아 15회 반복,
30sec 정지,
3000rpm/CW/40sec,
1000rpm/CW/15sec와 1000rpm/CCW/15sec를 번갈아 3회 반복,
1000rpm/CW/180sec,
정지.
그런 다음, 조명부와 형광디텍터(14)로부터 전송받은 자료 및 멀티디스크 상부에 배치된 카메라부(30)에서 캡쳐되어 분석유닛부(40)로 전송된 자료로부터 혈청의 생화학 성분의 농도를 측정하고, 각 시약과 반응한 흡광도를 측정하여 농도 값을 산출하여 생체기능을 진단하고, 분리되고 염색된 혈액샘플로부터 적혈구나 백혈구의 숫자 및 변형을 측정분석하고, DNA단편 또는 혈청의 항원-항체반응을 측정하여 암이나 바이러스를 진단한다.
그런 다음, 모터를 구동하여 히터쿨링유닛이 상대적으로 작동되도록 하고 유전자분석부(11c)의 필름(f)을 95℃ -> 55℃ -> 72℃ 온도순서로 30회 반복가열한다.
다음, 형광디텍터(14)로부터 검출되고 멀티디스크 상부에 배치된 카메라부(30)에서 캡쳐되어 분석유닛부(40)로 전송된 자료로부터 필름형 튜브(f)에 구비된 검체로부터 추출된 DNA 유전자물질의 유전자증폭여부를 확인한다.
다음, 모터를 제어하여 히터쿨링유닛의 4℃ 냉각온도구간에 필름(f)이 위치되도록 하여 증폭된 유전자를 유지 보관한다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 본체부 11: 멀티디스크
12: 히터쿨링유닛 13: 모터
14: 형광디텍터 20: 조명부
21: 광원 22:광디텍터
30: 카메라부 40: 분석유닛부
41: 제어부 42: 디스플레이부
43: DB부 11a: 반응챔버 플레이트
11b: 상부커버 11c: 유전자분석부
h1: 제1 투입구 h2: 제2 투입구
h3: 제3 투입구 h4: 제4 투입구
h5: 제5 투입구 f: 필름형 튜브
C: 회전중심
100: 생화학검사부
110: 혈액접수챔버 111: 혈액분리챔버
112: 혈액QC챔버 113: 혈액과잉챔버
120: 버퍼액접수챔버 120a: 1차 버퍼액전송채널
121: 버퍼액전송챔버 121a: 2차 버퍼액전송채널
121b: 버퍼액분배채널
122: 버퍼액계량챔버 122b: 버퍼액전송 사이펀밸브
123: 버퍼액검출챔버 124: 버퍼액과잉챔버
125: 버퍼액 확인챔버 125a: 분배채널
130: 시약반응챔버
140: 플라즈마과잉챔버 141: 플라즈마과잉 QC챔버
140b: 플라즈마전송 사이펀밸브
150: 혼합챔버 150b: 용액전송 사이펀밸브
160: 에어챔버 200: 혈액검사부
230: 제1 시약주입홈 231: 제2 시약주입홈
230a, 231a: 반응플레이트 240: 캐필러리
300: 면역검사부 310: 필터링챔버
320: 검사측정챔버

Claims (12)

  1. 멀티디스크(11)를 구비한 본체부(10);
    상기 멀티디스크(11)에 광을 조사하는 조명부(20);
    상기 멀티디스크(11)를 촬영하는 카메라부(30);
    상기 본체부(10), 조명부(20), 카메라부(30)와 연동되어 제어하고, 이들로부터 전송받은 자료를 분석하고 디스플레이하는 분석유닛부(40)를 포함하여 구성되며, 생화학검사와 혈액검사 및 면역검사와 유전자분석을 하나의 플랫폼에서 개별적으로 또는 동시에 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 본체부(10)는 생화학검사부, 혈액검사부와 면역검사부 및 유전자분석부를 구비한 멀티디스크(11)와, 상기 멀티디스크의 하부를 가열냉각하는 히터쿨링유닛(12), 상기 멀티디스크와 히터쿨링유닛에 회동력을 인가하는 모터(13) 및 상기 멀티디스크의 면역부의 형광 및 발광여부를 검출하는 형광디텍터(14)로 구성되며,
    상기 조명부(20)는 광원(21)과 광디텍터(22)로 구성되어, 검출대상에 매칭되는 필터링된 광을 상기 멀티디스크(11)에 조사하고,
    상기 카메라부(30)는 상기 본체부(10)의 멀티디스크(11)의 상부에 배치되어 상기 멀티디스크(11)의 반응 이후 흡광도를 측정하거나 이미지를 캡쳐하여 상기 분석유닛부(40)로 전송하며,
    상기 분석유닛부(40)는 제어부(41), 디스플레이부(42) 및 DB부(43)로 구성되어, 상기 본체부(10)로부터 전송받은 분석대상정보와 멀티디스크의 회전속도 정보, 히터쿨링유닛의 열원의 온도 정보, 상기 조명부(20)로부터 전송받은 조사되는 광원정보를 저장 및 디스플레이하며, 상기 카메라부(30)로부터 전송받은 측정된 흡광도 및 이미지 자료를 저장 및 디스플레이하고, 저장된 기준자료와 비교한 자료를 저장 및 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 멀티디스크(11)는,
    생화학검사부(100)를 구비한 반응챔버 플레이트(11a);
    상기 반응챔버 플레이트(11a)의 상부에 체결되며, 혈액검사부(200)와 면역검사부(300)를 구비한 상부커버(11b); 및
    상기 반응챔버 플레이트(11a)의 하부에 구비되어 유전자분석을 수행하는 유전자분석부(11c);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 생화학검사부(100)는,
    혈액접수챔버(110); 혈액분리챔버(111); 버퍼액접수챔버(120); 버퍼액 계량챔버(122); 혼합챔버(150) 및 시약반응챔버(130);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 혈액검사부(200)는, 다수개의 제1 시약주입홈(230)과 다수개의 제2 시약주입홈(231)이 멀티디스크의 원중심을 기준으로 방사상 환형으로 구비되며, 상기 다수개의 제1 시약주입홈(230)과 다수개의 제2 시약주입홈(231)에는 각각 연장되어 형성된 반응플레이트(230a, 231a)가 소정 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 혈액검사부(200)는, 회전하는 멀티디스크(1)의 원심력에 의해 투입된 혈액샘플을 적혈구(RBC), 백혈구(WBC)와 혈소판(Platelet), 혈장으로 분획 분리시키는 미세폭으로 형성된 캐필러리(240)를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 면역검사부(300)는, 혈액샘플에서 혈청을 필터링해 분리하는 필터링챔버(310), 및 상기 필터링챔버(310)와 연통되도록 형성되며 검사하고자 하는 DNA단편 또는 항체(항원)를 구비하는 검사측정챔버(320)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 멀티디스크(11)의 테두리에는 회전센싱프리즘(171)이 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 유전자분석부(11c)는, 다수개의 필름형 튜브로 구성되며, 하방향에서 제공되는 열원에 의해 유전자증폭이 수행되는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  10. 제3 항에 있어서,
    상기 히터쿨링유닛(12)은, 적어도 4개 온도 구간을 가진 열판으로 구성되고, 회전하는 열판에 의해 상기 유전자분석부(11c)에 가해지는 온도가 제어되고 유전자증폭이 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  11. 제3 항에 있어서,
    상기 형광디텍터(14)는, 상기 면역검사부(300)로부터 적어도 4색 파장의 형광 및 발광을 감지하고 모니터링하고 방출되거나 여기되는 파장에 대한 크로마토그램을 스캔하여 분석유닛부(40)로 전송하는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
  12. 제3 항에 있어서,
    상기 조명부(20)의 광원(21)은 상기 멀티디스크(11)의 측면에 배치되어 파장이 400~900nm인 빛을 멀티디스크에 조사하며, 광디텍터(22)는 상기 멀티디스크(11)의 하부에 배치되어 조사된 광원의 파장을 검출하는 것을 특징으로 하는 멀티시스템.
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